1、工作原理分析
當需要設計閉環增益Av=100且電阻R1=10kΩ的同相放大電路時,電阻R2約為1MΩ。然而該電阻值在實際應用電路中使用時并不現實,電阻值太大時精度、穩定度、干擾抑制性均大大降低,所以通常采用T型網絡提高同相放大電路的放大倍數。
圖1.16 T型網絡同相放大器電路
圖1.16為T型網絡同相放大電路,整理得到電路放大倍數:
其中:R1為kΩ級別電阻,具體大小由輸入信號決定,該阻值基本決定運放反饋電流大小;R2通常為10倍R1阻值,然后再計算R3和R4阻值。為實現電路的穩定性和抗干擾性能,電阻值通常選擇100kΩ以內。
圖1.16中T型網絡同相放大電路的放大倍數為:
當輸入信號為10mV時對電路進行仿真測試:
a、偏置點分析:Bias Point
利用偏置點分析,計算小信號電壓增益、輸入阻抗、輸出阻抗和每個元器件相對輸出信號的靈敏度,仿真設置如圖1.17所示。
圖1.17 偏置點仿真分析設置
偏置點仿真分析結果:
小信號特性:
通過仿真分析結果可得:T型網絡同相放大電壓增益約為106;輸入阻抗為運放正相輸入端阻抗;輸出阻抗為1.390E-01;電阻R1和R3對輸出電壓最敏感,分別約為1%和-1%;電阻R2和R4靈敏度次之;所以電阻R1和R3的精度和穩定度對電路輸出穩定性影響至關重要。
b、瞬態和參數仿真分析:Time Domain、Parametric Sweep
圖1.18 瞬態仿真分析設置
圖1.19 參數仿真分析設置
對電路進行瞬態和參數仿真分析,如圖1.18和圖1.19所示,仿真時間2ms,最大步長5us;電阻R1阻值分別為0.5k和1k,對應放大倍數分別為:206和106。仿真結果如圖1.20所示。
圖1.20 輸出電壓波形
圖1.20為瞬態和參數仿真波形,當輸入電壓V(IN)為10mV正弦波時,輸出電壓V(VOUT)峰值分別為2.06V和1.06V,電路分別實現206倍和106倍同相放大。
正如期望所料,所有電阻值均小于100kΩ,但卻實現百倍放大。與通常設計題目一樣,以上設計不存在唯一解。但由于電阻值存在容許誤差,所以放大器的實際增益值將會在一定范圍內波動,讀者可以進行蒙特卡洛和最壞情況分析來仿真分析和驗證。
2、附錄——關鍵仿真器件模型
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